一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的p2p流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，其步驟為：(1)種子節(jié)點對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊進行網(wǎng)絡(luò)編碼；(2)種子節(jié)點向下游節(jié)點發(fā)送編碼數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)段，當(dāng)下游節(jié)點接收到的編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)與需要接收的數(shù)據(jù)段中的編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)之差達到預(yù)先定制的閾值時,下游節(jié)點通知種子節(jié)點停止推送該數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊,轉(zhuǎn)為向種子節(jié)點定制所需的數(shù)據(jù)塊。本發(fā)明的技術(shù)方案，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，利用預(yù)先定制閾值，當(dāng)一個節(jié)點充當(dāng)種子節(jié)點給其下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，下游節(jié)點的數(shù)據(jù)段所需的編碼數(shù)據(jù)塊將要接收完成時,通知它的種子節(jié)點停止向它推送該數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊,轉(zhuǎn)為向它的種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊,有效減少了冗余編碼數(shù)據(jù)塊的產(chǎn)生。
【專利說明】—種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)的傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對等網(wǎng)絡(luò)P2P流媒體直播系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，P2P流媒體數(shù)據(jù)服務(wù)是一項擴展性好、性價比高的服務(wù)，P2P技術(shù)與流媒體技術(shù)的結(jié)合，促進了網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用的發(fā)展。P2P思想融入到流媒體應(yīng)用后，充分發(fā)揮了以往被忽略的眾多個人計算機(端節(jié)點)的作用，通過讓節(jié)點緩存一部分媒體數(shù)據(jù)，實施一部分服務(wù)器功能，使服務(wù)器分散化，減輕了服務(wù)器的負(fù)載以及對局部網(wǎng)絡(luò)帶寬的高要求和高消耗。
[0003]傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，即除了數(shù)據(jù)的發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點以外的節(jié)點只負(fù)責(zé)路由，而不對數(shù)據(jù)內(nèi)容做任何處理，中間節(jié)點扮演著轉(zhuǎn)發(fā)器的角色。長期以來，人們普遍認(rèn)為在中間節(jié)點上對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加工不會有任何收益，然而RAhlswede等人在2000年提出的網(wǎng)絡(luò)編碼理論徹底推翻了這種傳統(tǒng)觀點。網(wǎng)絡(luò)編碼的工作原理是把不同的信息轉(zhuǎn)化成位數(shù)更小的“痕跡”，然后在目標(biāo)節(jié)點進行演繹還原，這樣就不必反復(fù)傳輸或者復(fù)制全部信息了，痕跡可以在多個中間節(jié)點間的多條路徑上反復(fù)傳遞，然后再被送往最終的目的端點。這種方式不需要額外的容量和路由，只需把信息的痕跡轉(zhuǎn)換成位流即可，而這種轉(zhuǎn)換現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是完全支持的。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼，可以解決傳統(tǒng)路由、跨層設(shè)計等技術(shù)無法解決的問題，提高網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，尤其是組播吞吐量，可以減少數(shù)據(jù)包的傳播次數(shù)，降低無線發(fā)送能耗，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點或鏈路失效時采用隨機網(wǎng)絡(luò)編碼，最終在目的節(jié)點仍然能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，增強網(wǎng)絡(luò)的容錯性和魯棒性。
[0004]P2P網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點既可以向它的鄰居節(jié)點請求缺失的數(shù)據(jù)塊，也可以充當(dāng)數(shù)據(jù)資源服務(wù)者的提供者。P2P流媒體技術(shù)取得成功得益于基于數(shù)據(jù)調(diào)度策略的應(yīng)用，調(diào)度策略的選擇對提高視頻服務(wù)質(zhì)量、降低服務(wù)器負(fù)載和增強對節(jié)點動態(tài)的適應(yīng)能力等方面有著巨大的影響。現(xiàn)行技術(shù)常采用的一些數(shù)據(jù)調(diào)度策略包括:隨機調(diào)度、循環(huán)調(diào)度和最少數(shù)據(jù)調(diào)度等方式。其中，隨機調(diào)度是通過隨機的選擇P2P網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，向該節(jié)點調(diào)度所需的流媒體數(shù)據(jù)，該方式容易造成節(jié)點收到過多冗余的編碼數(shù)據(jù)塊，消耗過多的節(jié)點帶寬；循環(huán)調(diào)度方法是通過某一標(biāo)準(zhǔn)，例如節(jié)點能力或路由信息，將所有節(jié)點進行排序，以循環(huán)方式向排序后節(jié)點調(diào)度流媒體數(shù)據(jù)，該方法雖然考慮了節(jié)點自身的能力，但未考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；最少數(shù)據(jù)優(yōu)先調(diào)度方法是以數(shù)據(jù)資源為標(biāo)準(zhǔn)，首先調(diào)度P2P網(wǎng)絡(luò)中較少的流媒體數(shù)據(jù)，確保能夠獲取資源稀少的流媒體數(shù)據(jù)，這種方法雖然能夠獲取資源稀少的流媒體數(shù)據(jù)，卻不能保證將要播出的數(shù)據(jù)及時送達，容易造成播放的不順暢，影響服務(wù)質(zhì)量。如何對上述幾種流媒體數(shù)據(jù)的調(diào)度方法進行改進，是P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊粋€重要研究方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的P2P流媒體推拉隨機隨機調(diào)度方式在系統(tǒng)整體吞吐量、播放延遲等方面存在的不足，容易產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)的缺陷，提出一種改進性基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法。實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，該方法步驟為:(I)種子節(jié)點對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊進行網(wǎng)絡(luò)編碼成為編碼數(shù)據(jù)塊；(2)種子節(jié)點向下游節(jié)點發(fā)送編碼數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)段，當(dāng)下游節(jié)點接收到的編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)與需要接收的數(shù)據(jù)段中的編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)差達到預(yù)先定制的閾值時，下游節(jié)點通知種子節(jié)點停止推送該數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊，轉(zhuǎn)為向它的種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊。步驟(1)中的網(wǎng)絡(luò)編碼采用稀疏編碼策略來實現(xiàn)，這樣可以縮短編碼時間，保證解碼的成功率。稀疏編碼策略實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼的過程為:將數(shù)據(jù)段分為η個數(shù)據(jù)塊[b1； b2, b3,…，bn]，每個數(shù)據(jù)塊大小為k字節(jié)，種子節(jié)點在一個有限域中獨立的隨機選擇一組編碼系數(shù)[Cl，C2, C3,…cm]，其中m = n，然后從其緩存的所有數(shù)據(jù)塊中隨機選擇m個數(shù)據(jù)




m
塊[bpi，bp2, bp3,…，bpJ，生成一個k字節(jié)的編碼塊X，X =.V ,其中m/n為編碼密度，一個種子節(jié)點在其緩存區(qū)域中擁有不少于α.η個編碼數(shù)據(jù)塊時，便編碼生成新的數(shù)據(jù)塊，這里0〈α ^ 10當(dāng)節(jié)點收到η個數(shù)據(jù)塊X時，便開始解碼過程，首先它把η個編碼數(shù)據(jù)塊的η維系數(shù)向量組成一個ηΧη矩陣Α，矩陣A中的每一行代表一個編碼數(shù)據(jù)塊的η維系數(shù)向量。然后就可以解碼出原數(shù)據(jù)塊Kb = A-1X^在數(shù)據(jù)傳輸過程中，利用預(yù)先定制閾值，當(dāng)一個節(jié)點充當(dāng)種子節(jié)點給其下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，下游節(jié)點某個數(shù)據(jù)段所需的編碼數(shù)據(jù)塊將要接收完成時，通知它的種子節(jié)點停止向它推送該數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊，轉(zhuǎn)為向它的種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊，從而有效減少了冗余編碼數(shù)據(jù)塊的產(chǎn)生。
[0006]上述方法中 ，下游節(jié)點向種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊是把數(shù)據(jù)段中缺少的數(shù)據(jù)塊數(shù)進行等分，隨機選擇與數(shù)據(jù)塊劃分份數(shù)相同個數(shù)的種子節(jié)點，分別向它們發(fā)送定制請求和緩存映射(BM)實現(xiàn)分配定制任務(wù)。該過程的具體步驟是:(a)種子節(jié)點從下游節(jié)點接收緩存映射(BM)，判斷下游節(jié)點的數(shù)據(jù)段是否滿足定制閾值；若沒有，執(zhí)行(b);若有執(zhí)行(c) ；(b)采用推送策略，種子節(jié)點從下游節(jié)點缺少的數(shù)據(jù)段中，隨機選擇一個數(shù)據(jù)段進行編碼生成一個數(shù)據(jù)塊，然后進行發(fā)送；(C)種子節(jié)點檢查是否收到相應(yīng)的定制請求，若沒收到，執(zhí)行⑷；若收到，執(zhí)行(e) ；(d)在不滿足定制閾值和不完整的數(shù)據(jù)段中，采用推送策略，隨機選擇一個數(shù)據(jù)段，生成一個新的編碼數(shù)據(jù)塊進行發(fā)送；(e)根據(jù)該數(shù)據(jù)段的定制請求發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)塊數(shù)由定制請求決定。
[0007]本申請所提出的方法通過對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊進行稀疏編碼策略的網(wǎng)絡(luò)編碼縮短了編碼時間，保證解碼的成功率；在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過引入定制閾值，當(dāng)一個節(jié)點充當(dāng)種子節(jié)點給其下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，下游節(jié)點某個數(shù)據(jù)段所需的編碼數(shù)據(jù)塊將要接收完成時，通知它的種子節(jié)點停止向其推送數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊，轉(zhuǎn)為向它的種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊，從而有效減少了冗余編碼數(shù)據(jù)塊的產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明中的下游節(jié)點接收定制數(shù)據(jù)塊示例圖；
[0009]圖2是種子節(jié)點向下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)塊的具體過程。

【具體實施方式】
[0010]下面對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體描述，如圖1所示為本發(fā)明所述的下游節(jié)點接收定制數(shù)據(jù)塊示例圖，節(jié)點1、節(jié)點2同時為節(jié)點3的種子節(jié)點，數(shù)據(jù)段劃分為10塊，定制閾值為2，也就是當(dāng)數(shù)據(jù)段缺少數(shù)據(jù)塊數(shù)為2時，節(jié)點轉(zhuǎn)為定制數(shù)據(jù)。首先，節(jié)點1、2采用推送策略向節(jié)點3傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點3接收到8個數(shù)據(jù)塊后，還有2個數(shù)據(jù)塊未被接收，這時滿足定制閾值，節(jié)點3向節(jié)點1、2發(fā)送緩存映射BM，通知它們停止推送數(shù)據(jù)，同時節(jié)點3對未接收的數(shù)據(jù)塊進行劃分，劃分成兩份(1，1)，向節(jié)點1、2分別定制I個數(shù)據(jù)塊，節(jié)點1、2接收到定制請求后，根據(jù)定制請求的信息，向節(jié)點3發(fā)送數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)在推送前都是經(jīng)過稀疏編碼策略進行編碼后的網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)段，從而縮短編碼時間，保證解碼的成功率。
[0011]圖2是種子節(jié)點向下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)塊的具體過程，如圖所示，(a)種子節(jié)點從下游節(jié)點接收緩存映射(BM)，判斷下游節(jié)點的數(shù)據(jù)段是否滿足定制閾值；若沒有，執(zhí)行(b)；若有執(zhí)行(c) ；(b)采用推送策略，種子節(jié)點從下游節(jié)點缺少的數(shù)據(jù)段中，隨機選擇一個數(shù)據(jù)段進行編碼生成一個數(shù)據(jù)塊，然后進行發(fā)送；(c)種子節(jié)點檢查是否收到相應(yīng)的定制請求，若沒收到，執(zhí)行⑷；若收到，執(zhí)行(e) ；(d)在不滿足定制閾值和不完整的數(shù)據(jù)段中，采用推送策略，隨機選擇一個數(shù)據(jù)段，生成一個新的編碼數(shù)據(jù)塊進行發(fā)送；(e)根據(jù)該數(shù)據(jù)段的定制請求發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)塊數(shù)由定制請求決定。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，利用預(yù)先定制閾值，當(dāng)一個節(jié)點充當(dāng)種子節(jié)點給其下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，下游節(jié)點某個數(shù)據(jù)段所需的編碼數(shù)據(jù)塊將要接收完成時，通知它的種子節(jié)點停止向它推送該數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊，轉(zhuǎn)為向它的種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊，從而有效減少了冗余編碼數(shù)據(jù)塊的產(chǎn)生。
[0013]上述技術(shù)方案僅體現(xiàn)了本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，其特征在于，該方法步驟為:(1)種子節(jié)點對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊進行網(wǎng)絡(luò)編碼成為編碼數(shù)據(jù)塊；(2)種子節(jié)點向下游節(jié)點發(fā)送編碼數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)段，當(dāng)下游節(jié)點接收到的編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)與需要接收的數(shù)據(jù)段中的編碼數(shù)據(jù)塊數(shù)之差達到預(yù)先定制的閾值時，下游節(jié)點通知種子節(jié)點停止推送該數(shù)據(jù)段編碼數(shù)據(jù)塊，轉(zhuǎn)為向它的種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟(I)中采用稀疏編碼策略實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟(2)中，下游節(jié)點向種子節(jié)點定制所需的編碼數(shù)據(jù)塊是把數(shù)據(jù)段中缺少的數(shù)據(jù)塊數(shù)進行等分，隨機選擇與數(shù)據(jù)塊劃分份數(shù)相同個數(shù)的種子節(jié)點，分別向它們發(fā)送定制請求和緩存映射(BM)實現(xiàn)分配定制任務(wù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，其特征在于，稀疏編碼策略實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼的過程為:將數(shù)據(jù)段分為η個數(shù)據(jù)塊[bi，b2，b3，…，bn]，每個數(shù)據(jù)塊大小為k字節(jié)，種子節(jié)點在一個有限域中獨立的隨機選擇一組編碼系數(shù)[Cl，C2, C3,…cm]，其中m g n，然后從其緩存的所有數(shù)據(jù)塊中隨機選擇m個數(shù)據(jù)塊[I^bLbp3,…，bpm]，生成

一個k字節(jié)的編碼塊X，
，其中m/n為編碼密度，一個種子節(jié)點在其緩存區(qū)域中擁有不少于α.η個編碼數(shù)據(jù)塊時，便編碼生成新的數(shù)據(jù)塊，這里0〈α ( I。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟(2)中的種子節(jié)點向下游節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)段的具體過程如下:(a)種子節(jié)點從下游節(jié)點接收緩存映射(BM)，判斷下游節(jié)點的數(shù)據(jù)段是否滿足定制閾值；若沒有，執(zhí)行(b);若有執(zhí)行(c) ；(b)采用推送策略，種子節(jié)點從下游節(jié)點缺少的數(shù)據(jù)段中，隨機選擇一個數(shù)據(jù)段進行編碼生成一個數(shù)據(jù)塊，然后進行發(fā)送；(C)種子節(jié)點檢查是否收到相應(yīng)的定制請求，若沒收到，執(zhí)行⑷；若收到，執(zhí)行(e) ；(d)在不滿足定制閾值和不完整的數(shù)據(jù)段中，采用推送策略，隨機選擇一個數(shù)據(jù)段，生成一個新的編碼數(shù)據(jù)塊進行發(fā)送；(e)根據(jù)該數(shù)據(jù)段的定制請求發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)塊數(shù)由定制請求決定。
【文檔編號】H04L29/08GK104079661SQ201410334296
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】邵宗翰 申請人:昆明聯(lián)誠科技股份有限公司